ALAT PENGONTROL EMISI GAS AMONIA (NH3) DI PETERNAKAN AYAM BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 MENGGUNAKAN SENSOR GAS MQ 137

ALAT PENGONTROL EMISI GAS AMONIA (NH3) DI PETERNAKAN AYAM

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 MENGGUNAKAN SENSOR GAS MQ 137

(Skripsi)

Oleh

REKA HERIAWAN

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2012

ABSTRAK

ALAT PENGONTROL EMISI GAS AMONIA (NH3) DI PETERNAKAN AYAM BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

MENGGUNAKAN SENSOR GAS MQ 137

Oleh Reka Heriawan

Telah dirancang dan dibuat sebuah alat pengontrol emisi gas amonia (NH3) di peternakan ayam berbasis mikrokontroler ATMega 8535 menggunakan sensor gas MQ 137. Alat ini memiliki dua sistem kerja yaitu alat ukur kadar amonia dan kendali untuk mengurangi emisi gas amonia dalam kandang. Alat ukur kadar amonia dikalibrasi menggunakan spektrometer.

Data dari sensor diolah oleh mikrokontroler yang hasilnya ditampilkan oleh LCD M1632. Proses pengambilan, pengolahan, komunikasi data, dan kendali diatur oleh program pada mikrokontroler ATMega 8535 dengan bahasa pemrograman BASCOM. Pengukuran dilakukan pada sampel yang berupa campuran antara cairan amonia dan akuades dengan jumlah 100 ml yang diuapkan. Pengukuran dilakukan dalam selang waktu 5 menit. Sampel yang digunakan dengan perbandingan konsentrasi amonia 5 ml, 10 ml, 15 ml, 20 ml, 25 ml, 30 ml, 35 ml, 40 ml, 45 ml, dan 50 ml. Hasil pengukuran kadar amonia konsentrasi 5 ml sampai 50 ml adalah 4 ppm, 4,5 ppm, 5,2 ppm, 6,5 ppm, 6,7 ppm, 6,9 ppm, 7,9 ppm, 8,5 ppm, 8,9 ppm, dan 10,2 ppm. Pengendalian kadar amonia dalam kandang berupa berputarnya kipas/blower untuk mengurangi emisi gas amonia jika kadar gas amonia dalam kandang melebihi 5 ppm. Selanjutnya, kipas/blower akan berhenti berputar jika kadar gas amonia dalam kandang di bawah 5 ppm.

Kata kunci: Amonia, sensor gas MQ 137, mikrokontroler ATMega 8535, bahasa BASCOM.

ALAT PENGONTROL EMISI GAS AMONIA (NH3) DI PETERNAKAN AYAM

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 MENGGUNAKAN SENSOR GAS MQ 137

Oleh

REKA HERIAWAN

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA SAINS

Pada Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2012

Judul Penelitian : ALAT PENGONTROL EMISI GAS

AMONIA (NH3) DI PETERNAKAN AYAM BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 8535 MENGGUNAKAN SENSOR GAS MQ 137

Nama Mahasiswa : REKA HERIAWAN

Nomor Pokok Mahasiswa : 0717041057

Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing

Sri Wahyu Suciyati, M.Si. Drs. Amir Supriyanto, M.Si.

NIP. 19710829 199703 2 001 NIP. 19650407 199111 1 001

2. a.n. Ketua Jurusan Fisika Sekertaris Jurusan Fisika

Sri Wahyu Suciyati, M.Si. NIP. 19710829 199703 2 001

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua

:

Sri Wahyu Suciyati, M.Si.

...

Sekertaris

:

Drs. Amir Supriyanto, M.Si.

...

Penguji

Bukan Pembimbing :

Gurum A. Pauzi, S.Si., M.T.

...

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph.D.

NIP. 196905301995121001

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka, selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.

Apabila pernyataan saya ini tidak benar maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung, September 2012

Reka Heriawan NPM.0717041057

RIWAYAT HIDUP

Penulis yang bernama lengkap Reka Heriawan dilahirkan di Desa Gisting Bawah, kec. Gisting, Kab. Tanggamus, anak keempat dari pasangan Bapak Yahmin dan Ibu Antiyah.

Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD N 1 Gisting Bawah pada tahun 2000, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N 2 Talang Padang pada tahun 2003 dan Sekolah Menengah Umum (SMU) di SMU Muhammadiyah 1 Gisting pada tahun 2006.

Penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) tahun 2007. Selama menempuh pendidikan, penulis pernah menjadi Asisten Praktikum Fisika Dasar I dan II, Asisten Praktikum Elektronika Dasar II, Asisten Praktikum Sistem Digital, Asisten Pemrograman Komputer, Asisten Praktikum Sistem Kontrol Otomatis, Asisten Praktikum Sensor dan Pengkondisian Sinyal, Asisten Praktikum Teknik Antarmuka, dan Asisten Praktikum Bahasa Assembler. Penulis pernah aktif di kegiatan organisasi kemahasiswaan antara lain, sebagai Kepala Bidang Scient dan Teknologi HIMAFI periode 2009-2010.

Kerja Praktik (KP) dilaksanakan penulis di PT. Great Giant Pineaple pada tahun 2011, dengan Judul “Otomatisasi Kerja Mesin pada Traktor John Deere Menggunakan Sensor Temperatur di Pt. Great Giant Pineapple (GGP) Lampung Tengah” serta melakukan penelitian skripsi pada tahun 2012 dengan Judul “Alat Pengontrol Emisi Gas Amonia (NH3) di Peternakan Ayam Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535 Menggunakan Sensor Gas MQ 137”.

Bismillahirrohmanirrohim

Kuniatkan karya kecilku ini karna

Allah SWT

Aku Persembahkan Karya Ini Untuk:

Kedua Orang Tuaku, Yang Selalu

Mendo

’

akanku

Keluargaku,Yang Selalu Mendukungku

Angkatan

’

07, Teman Seperjuanganku

MOTTO

“….Maha Suci Engkau, tidak ada yang kami ketahui selain

dari apa yang telah Engkau ajarkan kepada kami;

sesungguhnya Engkaulah yang Maha Mengetahui lagi Maha

Bijaksana.”

Qs. Al-Baqarah 32

Mengapa bintang bersinar ?

Mengapa air mengalir ?

Mengapa dunia berputar ?

Lihat segalanya lebih dekat dan kau akan

“mengerti”

Senyum adalah cerminan hati maka tersenyumlah

walaupun hatimu “Terluka”….

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT berkat rahmat dan hidayah Nya, penulis dapat menyelesaikan kuliah serta skripsi dengan baik. Judul skripsi ini “Alat Pengontrol Emisi Gas Amonia (NH3) di Peternakan Ayam Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535

Menggunakan Sensor Gas MQ 137”. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad

SAW, keluarga dan pengikutnya.

Skripsi ini dilaksanakan dari bulan Januari 2012 sampai Juni 2012 bertempat di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

Penekanan skripsi ini adalah pembuatan alat pengontrol emisi gas amonia dalam kandang ayam untuk mengurangi emisi gas amonia dan dapat mengetahui kadar gas amonia dalam kandang sehingga peternak dapat mengetahui kadar amonia dan tidak terganggu kesehatannya.

Penulis menyadari dalam penyajian laporan ini masih banyak kekurangan dalam penulisan maupun referensi data. Semoga laporan ini dapat menjadi rujukan untuk penelitian berikutnya agar lebih sempurna dan dapat memperkaya khasanah ilmu pengetahuan.

Bandar Lampung, September 2012

SANWACANA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta hidayah-Nya, karena atas kuasa-Nya penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini, terutama kepada :

1. Ibu Sri Wahyu Suciati, M. Si., sebagai pembimbing I dan sekaligus sebagai Pembimbing Akademik, yang telah memberikan bimbingan serta nasehat dari awal perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir.

2. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M. Si, sebagai pembimbing II yang senantiasa memberikan masukan-masukan serta nasehat untuk menyelesaikan tugas akhir.

3. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S. Si, M. T, sebagai penguji yang telah mengoreksi kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi. 4. Ibu Dr. Yanti Yuliati, M. Si., selaku ketua jurusan Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alan Universitas Lampung.

5. Bapak Prof. Suharso, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

7. Buat Adek Vina yang selalu ada dalam suka dan duka, yang tak henti-hentinya memberikan semangat, dan terima kasih atas senyumannya yang telah menguatkanku ketika jenuh dan terjatuh.

8. Teman – teman seperjuangan angkatan 2007, “ Mardi (Cung), Budiman (Bejo Katrok), Fery, Ben cieh, Ade, Simbah, Aan, Kis, Ali, Muhajir, Eko, Hendruw, Satya, Pascoli, Dhan, Kiki, Fikri, Ulfah (Ijah), Istiati (zhien), Sherly (nyoyow), Eva, Eca, Juju, Arin, Dian, Ratna, Arum, Fitri, Lia, Lisna, Desi, Een, Mifta, Meta, Rica, Kimi, Yuyun, Nevi, yang selama ini memberikan semangat.

9. Kakak-kakak tingkat serta adik-adik tingkat. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya, serta memberkahi hidup kita. Amin.

Bandar Lampung, September 2012

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki luas wilayah yang sangat besar. Indonesia sering disebut juga sebagai negara agraria atau negara yang sebagian besar penduduknya bekerja di sektor pertanian. Selain bertani masyarakat Indonesia banyak yang bekerja di sektor peternakan. Karena banyaknya peternak di Indonesia khususnya ayam, maka kualitas udara disekitar peternakan semakin terkontaminasi. Dampak dari usaha peternakan ayam terhadap lingkungan sekitar terutama berupa bau yang dikeluarkan selama proses dekomposisi kotoran ayam. Bau tersebut berasal dari kandungan gas amonia yang tinggi dan gas hidrogen sulfide (H2S), dimetil sulfida, karbon disulfida, dan merkaptan. Senyawa yang menimbulkan bau ini dapat mudah terbentuk dalam kondisi anaerob seperti tumpukan kotoran yang masih basah. Senyawa tersebut tercium dengan mudah walau dalam konsentrasi yang sangat kecil. Untuk H2S, kadar 0,47 part per million (ppm) di udara merupakan batas konsentrasi yang masih dapat tercium bau busuk. Amonia memiliki ambang bau yang moderat (5-20 ppm) dan emisi dari amonia ini telah diatur dengan baik karena sudah memprihatinkan (Hattori dkk, 2008). Akan tetapi, kepekaan seseorang terhadap bau ini sangat tidak mutlak, terlebih lagi bau yang disebabkan oleh campuran gas. Pada konsentrasi amonia yang lebih tinggi di udara dapat menyebabkan iritasi

mata dan gangguan saluran penapasan pada manusia dan hewan itu sendiri (Charles dan Haryono, 1991).

Di bawah ini merupakan tabel konsentrasi kadar amonia di udara dan gejala atau pengaruh yang ditimbulkan pada manusia dan ternak.

Tabel 1.1 Tabel kadar amonia dengan gejala dan pengaruh yang ditimbulkan. Kadar amonia

(ppm)

Gejala/Pengaruh yang ditimbulkan pada manusia dan ternak

5 Kadar paling rendah yang tercium baunya.

6 Mulai timbul iritasi pada mukosa mata dan saluran napas. 11 Penurunan produktivitas ayam.

25 Kadar maksimum yang dapat ditolerir selama 8 jam. 35 Kadar maksimum yang dapat ditolerir selama 10 menit. 40 Mulai menyebabkan sakit kepala, mual, hilang nafsu makan

pada manusia.

50 Penurunan drastis produktivitas ayam dan juga terjadi pembengkakan bursa fabricious.

Sumber: Charles dan Haryono (1991) Bau kotoran ayam berdampak negatif terhadap kesehatan manusia yang tinggal di lingkungan sekitar peternakan juga berdampak pada ayam itu sendiri, selain itu dapat menyebabkan keuntungan peternak menipis.

Oleh karena itu perlu alat yang digunakan untuk memetakan dan mengkontrol emisi amonia di peternakan, pada penelitian apetuley dan peeter menggunakan spektrometer untuk mengukur kadar amonianya (Apituley dan Peeter,2000). Sebelumnya telah dilakukan penelitian tentang deteksi fotoakustik NH3 menggunakan sel bentuk pisang bersumber laser CO dimana NH3 dideteksi dengan spektrometer fotoakustik dengan cara mencari panjang gelombang NH3. Pada penelitian Sutiadi dan mustaqim dipaparkan spektrometer fotoakustik (FA) sel bentuk pisang (banana cell) untuk mendeteksi gas polusi kelumit senyawa

3

NH3 di udara (Sutiadi dan Muslim, 2003). Selain penelitian Sutiadi ada pula penelitian Mustaqim yang mengukur emisi gas amonia di udara menggunakan tabung detektor gas dengan bantuan kamera, dimana pengukuran gas NH3 menggunakan tabung detektor gas yang dialiri udara melalui suatu pompa (Mustaqim dkk, 2010).

Dari beberapa penelitian tersebut maka berinisiatif membuat alat pengontrol emisi gas amonia di dalam peternakan. Alat pengontrol ini memiliki dua sistem kerja alat yaitu alat pengukur kadar amonia di udara dan alat pengontrol emisi yang berupa kipas atau blower. Alat pendeteksi yang akan dibuat menggunakan bahan semikonduktor pada sensor MQ 137 untuk merasakan emisi gas amonia sehingga elektron pada bahan semikonduktor ini memiliki energi yang lebih dari energi gap sehingga elektron pada pita valensi akan bergerak melewati energi gap kemudian berpindah mengisi hole-hole pada pita konduksi, pergerakan elektron itu yang akan menimbulkan adanya beda potensial yang kemudian akan diteruskan ke mikrokontroler dan ditampilkan melalui LCD sehingga kita dapat mengetahui emisi gas amonia dalam peternakan tersebut. Jika emisi melebihi ambang batas maka kipas atau blower akan berputar sehingga menyebabkan terjadinya sirkulasi udara untuk mengurangi emisi gas amonia dalam kandang.

Seperti penelitian sebelumnya tentang Simulasi Alat Sirkulasi Udara Otomatis Berdasarkan Pengukuran Kadar Karbon Dioksida Pada Ruang Bengkel Praktikum Elektronika UNY Berbasis Mikrokontroler ATmega 8535 yang sistem kerjanya sama apabila sensor membaca kadar kontamina di udara melebihi ambang batas maka secara otomatis kipas blower akan berputar (Jamaludin, 2011).

Penelitian ini hampir sama dengan penelitian Nur Kasan tetapi berbeda aplikasi, sensor, dan tampilannya. Penelitian kasan yaitu mengukur kadar amonia yang ditimbulkan oleh penguapan urine pasien yang menderita peradangan pada saluran urine menggunakan sensor TGS 2602 kemudian ditampilkan melalui PC berbentuk grafik (Kasan dkk, 2007). Kelebihan dari penelitian yang akan dilakukan yaitu lebih sederhana karena tampilannya menggunakan LCD yang dapat dipasang di dalam kandang dan dapat dilihat langsung oleh karyawan berapa besar emisi gas amonia di dalam kandang tersebut.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan penulis melakukan penelitian tentang alat pengontrol emisi gas amonia di peternakan ayam menggunakan sensor MQ 137 antara lain:

1. menganalisis sistem kerja sensor MQ 137 yang merupakan sensor gas amonia, sehingga dapat diterapkan pada aplikasi yang akan dibuat;

2. merancang dan merealisasikan alat pendeteksi emisi gas amonia di peternakan ayam dengan memanfaatkan sensor gas amonia MQ 137;

3. melakukan pengendalian gas amonia di peternakan dengan membuat sistem kontrol terhadap tingkat emisi gas dalam ruang.

C. Manfaat Penelitian

Berdasarkan tujuan tersebut, diharapkan penelitian ini dapat memberikan manfaat yaitu tersedianya alat pengukur konsentrasi gas amonia menggunakan sensor gas

5

MQ 137 serta kontrol berupa berputarnya kipas atau blower untuk mengurangi emisi gas amonia dalam kandang.

D. Rumusan Masalah

Sesuai dengan latar belakang penelitian yang dipaparkan di atas, masalah yang akan diteliti dalam merealisasikan alat pengontrol emisi gas amonia di peternakan ayam menggunakan sensor MQ 137, secara lebih rinci dirumuskan sebagai berikut:

1. bagaimana merancang suatu sistem pengontrol emisi gas amonia di peternakan ayam, berikut cara mengurangi kadar emisi gas amonia di peternakan ayam ?

2. bagaimana alat pengontrol emisi gas amonia khususnya di peternakan ayam dapat dibuat sesensitif mungkin ?

E. Batasan Masalah

Batasan masalah ini dibuat sehingga penelitian ini fokus dengan apa yang akan dibuat dan tidak melenceng dari yang direncanakan. Batasan masalah penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. sensor yang digunakan adalah sensor gas amonia jenis MQ 137;

2. sistem yang digunakan adalah jenis pengendalian tertutup (Close Loop System);

3. mikrokontroler digunakan sebagai pengambilan data, komunikasi data, pengolahan dan pengendali sistem keseluruhan;

4. alat ini hanya digunakan untuk kontrol gas amonia dalam kandang di peternakan ayam;

5. umpan balik sehingga aksi terhadap input adalah hidupnya kipas atau blower sebagai pembersih atau penstabil udara ruangan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada harga (range) tertentu (pakpahan, 1994). Kontrol mengandung 3 aspek yaitu rencana yang jelas, dapat melakukan pengukuran dan dapat melakukan tindakan (Sulasno, 2006).

Sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang terdiri atas satu atau beberapa peralatan yang berfungsi untuk mengendalikan sistem lain yang berhubungan dengan sebuah proses. Dalam suatu industri, semua variabel proses seperti daya, temperatur dan laju alir harus dipantau setiap saat. Bila variabel proses tersebut berjalan tidak sesuai dengan yang diharapkan, maka sistem kontrol dapat mengendalikan proses tersebut sehingga sistem dapat berjalan kembali sesuai dengan yang diharapkan. Sistem kontrol dapat digunakan di dalam pabrik, gedung-gedung maupun dalam PLTN.

Di dalam sistem kontrol terdapat dua jenis sistem kontrol yaitu kontrol lup tertutup dan kontrol lup terbuka.

1. Sistem kontrol lup tertutup (Closed Loop Control System)

Sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol berumpan balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik, diumpankan ke kontroler untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Dengan kata lain, istilah “lup tertutup” berarti menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kasalahan sistem. Gambar 2.1 menunjukan hubungan masukan keluaran dari sistem kontrol lup tertutup.

Gambar 2.1 Sistem Kontrol Lup Tertutup (Ogata, 1995)

2. Sistem kontrol lup terbuka (Open Loop Control System)

Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak terpengaruh pada aksi pengontrolan, jadi pada sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak diumpanbalikkan, untuk dibandingkan dengan masukan. Gambar 2.2 menunjukan hubungan masukan keluaran untuk sistem kontrol lup terbuka (Ogata, 1995).

Kontroler Masukan

Proses Keluaran

Elemen Ukur

9

Gambar 2.2 Sistem Kontrol Lup Terbuka (Ogata, 1995)

B. Amonia

Gas amoniaatau NH3 merupakan senyawa pengotor beracun yang cukup berperan dalam menghambat proses fotosintesis, penyebab berkurangnya karbohidrat dan dapat menghambat pertumbuhan (Sutiadi dan Muslim, 2003). Amonia telah banyak digunakan dalam produksi bahan peledak, pupuk, dan sebagai industri pendingin. Kelebihan amonia di atmosfer dapat menciptakan potensi bahaya untuk manusia dan ekosistem. Penghirupan dosis kecil dari uap amonia dapat menyebabkan keracunan pada manusia (Cao dan Duan, 2005).

Kotoran hewan, pupuk, dan pembersih rumah adalah sumber yang paling umum dari amonia. Pembusukan tumbuh-tumbuhan atau hewan, pembakaran batubara atau kayu, dan rawa-rawa juga menghasilkan amonia ke udara dalam jumlah kecil. Jumlah yang lebih besar amonia dapat dilepaskan di udara dekat peternakan dan industri. Pertanian memiliki tingkat tinggi amonia karena penyimpanan kotoran hewan dan penggunaan amonia cair sebagai pupuk. Amonia pada usaha peternakan ayam berasal dari kotoran ayam, hal ini terjadi karena protein pada pakan ternak yang tidak terserap semua dalam tubuh sehingga protein tersebut dikeluarkan bersamaan dengan kotoran ayam. Kotoran ayam yang berkaitan dengan unsur nitrogen dan sulfida yang terkandung dalam kotoran tersebut, pada

saat penumpukan kotoran atau penyimpanan terjadi proses dekomposisi oleh mikroorganisme membentuk gas amonia, nitrat, dan nitrit serta gas sulfida. Amonia yang dilepaskan oleh kotoran ayam dapat bereaksi dengan udara bebas. Reaksi kimia NH3 dengan udara bebas atau O2 sebagai berikut.

4NH3 + 5O2 ↔ 4NO + 6H2O

Amonia dalam jumlah besar akan mengendap di atmosfer. Endapannya di atmosfer terus meningkat dan dapat menyebabkan proses nitrifikasi, yaitu konversi katalitik dari NH3 menjadi NOx. Senyawa NOx ini sangat tidak stabil dan bila terlepas ke udara bebas, akan berikatan dengan oksigen untuk membentuk NO2. Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat.

Industri yang menyimpan amonia atau menggunakannya sebagai refrigeran dapat menghasilkan emisi gas amonia yang tinggi jika terjadi kebocoran. Kecelakaan transportasi pada tangki pembawa amonia juga dapat menghasilkan emisi amonia sangat tinggi. Orang-orang yang menyimpan banyak hewan peliharaan di dalam ruangan yang kebersihannya kurang terjaga dapat menghasilkan kadar amonia yang tinggi.

Amonia di bawah 5 part per million (ppm) tidak menyebabkan masalah bagi kesehatan. Paparan gas amonia rumah tangga di atas 5 ppm dapat menyebabkan iritasi mata, hidung, dan tenggorokan dari beberapa orang. Kebanyakan orang dapat mulai untuk mendeteksi bau amonia bila minimal 5 ppm.

11

Badan kesehatan dunia memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm, atau 8 jam untuk 25 ppm. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Amonia merupakan gas yang tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup. Kegiatan peternakan dan industri pupuk adalah sumber emisi dominan NH3 (g) di atmosfer (Roadman dkk, 2003). Untuk menanggulangi emisi amonia diperlukan teknologi yang tersedia untuk panduan tentang kontrol dan pencegahan emisi amonia, Control Technology Center (CTC) memulai metode untuk kontrol emisi amonia (Blaszczak dan Phillips, 1995).

Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia anhidrat. Karena amonia mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah. Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap. Amonia rumah atau amonium hidroksida adalah larutan NH3 dalam air. Untuk mengurangi emisi amonia, sejumlah strategi telah dibahas berbagai sumber emisi, termasuk fasilitas perumahan ternak, fasilitas penyimpanan pupuk, dan aplikasi pupuk (Burtraw dkk, 2006). Dua strategi yang berbeda dapat digunakan untuk membatasi jumlah amonia yang dilepaskan ke lingkungan. Satu pendekatan adalah untuk mengurangi jumlah amonia yang dihasilkan pada industri. Strategi kedua adalah untuk mengurangi emisi amonia yang dihasilkan oleh operasi pertanian terhadap lingkungan (Becker dan Robert, 2000). Amonia dalam bentuk gas sangat ringan bahkan lebih ringan dari udara sedangkan amonia dalam bentuk uap lebih berat dari udara sehingga tetap berada di bawah (Hutabarat, 2007)

Pemerintah, dalam hal ini Departemen Pertanian mengeluarkan peraturan menteri melalui SK Mentan No. 237/1991 dan SK Mentan No. 752/1994, yang menyatakan bahwa usaha peternakan dengan populasi tertentu perlu dilengkapi dengan upaya pengelolaan dan pemantauan lingkungan. Paparan tingkat terkonsentrasi lebih (di atas 25 ppm) dapat menyebabkan sakit kepala, mual, dan pembakaran intens mata, hidung, tenggorokan, dan kulit.

C. Sensor dan tranduser

Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.

Contoh; light dependent resistance (LDR), sensor ultrasonic, fotodiada, dan lainnya (Warsito, 2003).

Berdasarkan jenisnya, sensor dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu sensor pasif dan sensor aktif.

1. Sensor Pasif

Sensor pasif tidak dapat menghasilkan tegangan sendiri tetapi dapat menghasilkan perubahan nilai resistansi, kapasitansi atau induktansi apabila mengalami perubahan kondisi pada lingkungan sekitarnya. Perubahan nilai resistansi, kapasitansi atau induktansi dapat bernilai positif (nilai bertambah) sehingga hal ini juga menyebabkan tegangannya meningkat dan dapat bernilai

13

negatif (nilai kurang). Perubahan tegangan tersebut yang akan dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang ingin diukur (Sugiharto, 2002).

2. Sensor Aktif

Sensor aktif tidak memerlukan catu daya dari luar, sensor ini dapat menghasilkan energi listrik berupa tegangan DC. Salah satu contoh tranduser aktif adalah photovoltaic atau solar cell yang dapat menghasilkan tegangan bila sebuah hubungan semikonduktor mendapat pancaran sinar (Sugiharto, 2002).

Pengertian sensor secara umum adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur magnitudo sesuatu. Dapat didefinisikan sensor merupakan jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, cahaya dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik (Setyawan, 2009).

Sensor dapat dibedakan menjadi 2 jenis.

1. Sensor Fisika

Sensor fisika mendeteksi suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Contoh sensor fisika adalah sensor cahaya, sensor suara, sensor kecepatan, sensor percepatan, dan sensor suhu (Setyawan, 2009).

2. Sensor Kimia

Sensor kimia mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik. Biasanya melibatkan beberapa reaksi kimia. Contoh sensor kimia adalah sensor pH dan sensor gas.

Prinsip kerja sensor elektrokimia adalah reaksi sensor dengan gas yang diamati dan menghasilkan sinyal listrik yang sebanding untuk konsentrasi gas tersebut. Sebuah sensor elektrokimia terdiri dari dua bagian utama yaitu elektroda pensensor dan elektroda penghitung yang keduanya dipisahkan sebuah lapisan tipis bahan elektrolit. Gambar 2.3 memperlihatkan susunan sensor elektrokimia (Anonymous(a), 2008).

Gambar 2.3 Susunan sensor elektrokimia (Anonymous(a), 2008).

Udara yang datang menempel bagian atas sensor melalui kapiler khusus yang terbuka, kemudian berdifusi melalui membran hidrophobik. Udara yang menempel tersaring sehingga hanya gas tertentu yang menyentuh elektroda sensor. Pendekatan ini diperlihatkan pada Gambar 2.4 digunakan untuk mengetahui jumlah sebenarnya dari gas yang bereaksi pada elektroda sensor kemudian menghasilkan tegangan listrik.

15

Gas yang berdifusi melalui membran penghalang bereaksi pada permukaan elektroda sensor melalui salah satu mekanisme oksidasi atau reduksi. Reaksi ini merupakan katalis dengan bahan elektroda khusus yang dikembangkan untuk menarik gas tertentu.

3. Sensor MQ 137

Sensor MQ 137 merupakan sensor yang sensitive yang terbuat dari material SnO2 dengan konduktivitas rendah jika berada di udara bersih dan konduktivitasnya meningkat bersamaan dengan kenaikan konsentrasi gas yang dideteksi. Untuk mengkonversi perubahan konduktivitas sesuai dengan konsentrasi gas yang digunakan pada rangkaian elektrosirkuit sederhana.

Gambar 2.5 Sensor gas ammonia MQ 137

Sensor gas MQ 137 ini memiliki sensitivitas tinggi untuk amonia dan juga untuk amina organik lainnya. Sensor ini dapat mendeteksi gas yang berbeda yang memiliki kandungan amonia dengan biaya yang rendah dan cocok untuk berbagai aplikasi. Karakter sensor MQ 137 ini adalah sangat peka terhadap gas amonia, rangkaiannya sederhana, dan harganya murah. Aplikasi dari sensor ini

adalah untuk detektor gas amonia di suatu tempat, detektor gas amonia pada industri dan detektor gas portabel.

Struktur dan konfogurasi sensor MQ 137

Gambar 2.6 Struktur dan konfigurasi MQ 137. (Datasheet MQ 137, 2011) Struktur dan konfigurasi sensor gas MQ 137 seperti gambar, sensor ini terdiri dari bahan mikro keramik Al2O3, tabung dioksida SnO2 sebagai lapisan sensitive. Pemanas menyediakan kondisi kerja yang diperlukan untuk pekerjaan komponen yang sensitive. Sensor MQ 137 memiliki 6 pin, 4 pin digunakan untuk mengambil sinyal dan 2 pin lainnya digunakan untuk pemanas.

Cara kerja sensor MQ 137 adalah ketika gas amonia mengenai bahan semikonduktor sensor MQ 137 yang berupa SnO2 maka elektron pada elektroda pertama akan berpindah menuju elektroda kedua. Semakin besar konsentrasi gas amonia yang mengenai bahan semikonduktor tersebut maka semakin banyak juga elektron yang berpindah dari elektroda pertama ke elektroda kedua dan semakin besar pula arus yang mengalir pada sensor tersebut.

17

Setiap sensor memiliki karakteristik masing-masing begitu pula dengan sensor MQ 137, karakteristik sensor MQ pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.1 Tabel karakteristik Sensor MQ 137

Nomor model MQ 137

Tipe sensor semikonduktor

Standar Enkapsulasi Bakelite (bakelite Hitam)

Deteksi Gas amonia

Konsentrasi 5-200 ppm

Rangkaian Tegangan tertutup Vc ≤24V DC

Tegangan pemanas Vh 5.0V ± 0.2V ACorDC Beban hambatan Rl ideal

Karakter Hambatan pemanas Rh 31Ω±3Ω (suhu kamar) Konsumsi pemanas Ph ≤900mW

Hambatan pengindraan Rs 2KΩ-15KΩ ( 50ppm NH3) sensitivitas S Rs(in air)/Rs(5000ppm CH4)≥5 kemiringan α ≤0.6(R100ppm/R50ppm NH3) Keadaan Suhu kelembapan 200C±20C；65%±5%RH

Standar tes rangkaian Vc: 5.0V±0.1V； VH: 5.0V±0.1V Waktu pemanasan pertama Diatas 48 jam

Di bawah ini merupakan gambar grafik karakteristik sensor MQ 137.

Gambar 2.7 Grafik karakteristik sensor MQ 137

Dari grafik di atas dapat dijelaskan bahwa resistansi tetap stabil ketika sensor berada pada udara bersih, ketika udara tercemar oleh NH3 maka resistansi

menurun seiring dengan kenaikan konsentrasi gas amonia. Jadi resistansi berbanding terbalik terhadap konsentrasi gas amonia. Sensor MQ 137 merupakan sensor yang memiliki tegangan keluaran 0-5 volt sehingga sensor ini tidak perlu menggunakan pengkondisi sinyal untuk menghubungkannya dengan ADC yang terdapat pada mikrokontroler ATMEGA8535 (Datasheet MQ 137, 2011).

Tranduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau thermal (panas).

Contoh; generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah tranduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.

Tranduser digolongkan menjadi dua yaitu:

a. Self generating transduser (tranduser pembangkit sendiri)

Self generatingtransduser adalah tranduser yang hanya memerlukan satu sumber energi.

Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic, termistor, dsb.

Ciri tranduser ini adalah dihasilkannya suatu energi listrik dari tranduser secara langsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagai sumber tegangan.

b. External power transduser (tranduser daya dari luar)

External power transduser adalah transduser yang memerlukan sejumlah energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran.

Contoh: RTD (resistance thermal detector), Starin gauge, LVDT (linier variable differential transformer), Potensiometer, NTC, dsb.

19

D. Mikrokontroler ATMEGA 8535

Atmel merupakan salah satu vendor yang begerak dibidang mikroelektronika, telah mengembangkan Alf and Vegard’s Risc Processor (AVR) sekitar tahun 1997. Berbeda dengan mikrokontroler MCS51, AVR menggunakan arsitektur

Reduce Intruction Set Computer (RISC) yang mempunyai lebar bus data 8 bit. Perbedaan ini bisa dilihat dari frekuensi kerjanya. MCS51 memiliki frekuensi kerja seperduabelas kali frekuensi oscillator sedangkan frekuensi kerja AVR sama dengan frekuensi oscillator. Jadi dengan frekuensi oscillator yang sama, kecepatan. AVR dubelas kali lebih cepat dibanding kecepatan kecepatan MCS51. Secara umum AVR dibagi menjadi 4 kelas, yaitu ATtiny, AT90sxx, ATMega dan AT86RFxx. Perbedaan antar tipe AVR terletak pada fitur-fitur yang ditawarkan, sementara dari segi arsitektur dan intruksi yang digunakan hampir sama (Heryanto dan Wisnu, 2008 ).

1. Arsitektur ATMega8535 a. Fitur

1. 8 bit AVR berbasis RISC dengan performa tinggi dan konsumsi daya rendah

2. Kecepatan maksimal 16MHz 3. Memori:

a. 8 KB Flash b. 512 Byte SRAM 4. Timer/Counter :

b. 1 buah 16 bit timer/counter c. 4 kanal PWM

5. 8 kanal 10/8 bit ADC

6. Programmable serial USART 7. Komparator analog

8. 6 pilihan sleep mode untuk penghematan daya listrik 9. 32 jalur I/O yang bisa diprogram

b. Konfigurasi Pin

Gambar 2.8 PINOut ATMega8535 (fadhilah, 2009) 1. Power , VCC dan GND (Ground)

2. PORTA (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan berfungsi khusus sebagai masukan ADC

3. PORTB (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan berfungsi khusus sebagai pin timer/counter, komparator analog dan SPI

21

5. PORTD (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan fungsi khusus 6. RESET adalah pin untuk mereset mikrokontroler

7. XTAL 1 dan XTAL2 pin untuk eksternal clock 8. AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC

9. AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC.

c. Peta Memori

ATMega8535 memiliki dua ruang memori utama, yaitu memori data dan memori program. Selain dua memori utama, ATMega8535 juga memiliki fitur EEPROM yang dapat digunakan sebagai penyimpan data.

1. Flash Memori

ATMega8535 memiliki Flash Memory sebesar 8 Kbytes untuk memori program. Karena semua intruksi AVR menggunakan 16 atau 32 bit, maka AVR memiliki organisasi memori 4 Kbyte x 16 bit dengan alamat dari $000 hingga $FFF. Untuk keamanan software, memori flash dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian Boot Program dan bagian Application Program. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash memori.

2. SRAM

ATMega8535 memiliki 608 alamat memori data yang terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register file, 64 buah I/O register dan 512 byte

Gambar 2.9 Peta Memori Data AVR ATMega8535 (Anonymous (b), 2006)

Tampak pada peta memori data bahwa alamat $0000-$001E ditempati oleh register file. I/O register menempati alamat dari $0020-$005F. Sedangkan sisanya sebagai internal SRAM sebesar 512 byte ($0060-$025F).

d. EEPROM

ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPRO 8 bit sebesar 512 byte ($000-$1FF) (fadhilah, 2009).

E. Liquid Crystal Display (LCD)

Liquid crystal display (LCD) adalah, tipis datar tampilan visual elektronik yang menggunakan sifat modulasi cahaya kristal cair. Kristal cair yang tidak memancarkan cahaya secara langsung.

23

Gambar 2.10 Liquid Crystal Display (LCD, 2011)

Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk monitor komputer , televisi , panel instrumen, display kokpit pesawat , signage , dll. LCD telah menggantikan tabung sinar katoda untuk menampilkan dalam sebagian besar aplikasi.

Sebuah LCD M1632 mampu menampilkan dalam satu baris 8 karakter atau 16 karakter dua baris. LCD M1632 ini memiliki karakteristik yaitu konsumsi daya yang rendah yaitu 2,7 sampai 5,5 volt. Gambar 2.12 menunjukkan hubungan antara layer LCD M1632 dengan dengan HD44780 yang merupakan mikrokontroler pengendali LCD. HD44780 buatan Hitachi sudah tertanam pada modul M1632 ini (Nalwan, 2003).

Setiap pin LCD M1632 mempunyai fungsi yang berbeda seperti yang dijelaskan pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Konfigurasi pin-pin LCD (Nalwan, 2003)

No Pin Sinyal I/O Fungsi

1 Vss Power Ground

2 Vcc Power 2,7 V sampai 5,5 V 3 VEE Power Penggerak LCD

4 RS Input 0 : Instruction register (write) dan address counter (read)

1 : Data register (write and read) 5 R/W Input Memilih operasi write (0)/read (1) 6 E Input Memilih operasi write/read Data

7..10 DB3..DB0 Input/Output Empat high data bus three state bidirectional

11..16 DB7..DB4 Input/Output Empat high data bus three state bidirectional

Modul LCD M1632 memiliki beberapa jenis memori yang digunakan untuk menyimpan atau memproses data-data yang akan ditampilkan pada layer LCD. Setiap jenis memori mempunyai fungsi.

a. DDRAM adalah memori tempat karakter yang ditampilkan berada. Contohnya karakter ‘A’ atau 41h yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut ditulis pada alamat 40h, karakter tersebut akan tampil pada baris kanan dari LCD (Nalwan, 2003).

b. CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi memori ini akan hilang saat power supply dimatikan, sehingga pola karakter akan hilang.

c. CGROM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karater dan pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780 sehingga pengguna

25

tidak dapat mengubahnya. Oleh karena ROM bersifat permanen, pola karakter tersebut tidak akan hilang walau catu daya dimatikan (Nalwan, 2003).

F. Relay

Gambar 2.11 Relay (Relay, 2008)

Relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun tujuh puluhan relay merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Banyak relay menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan mekanisme pensaklaran, tetapi prinsip-prinsip operasi lain juga digunakan. Relay digunakan dimana perlu untuk mengendalikan sirkuit dengan sinyal rendah daya (dengan isolasi listrik lengkap antara kelompok kontrol dan sirkuit dikendalikan), atau dimana beberapa sirkuit harus dikontrol oleh satu sinyal. Relay pertama digunakan dalam jangka sirkuit telegraf jarak jauh, mengulang sinyal yang masuk dari satu rangkaian dan kembali menularkan kepada yang lain. Relay digunakan secara luas dalam pertukaran

telepon dan komputer awal untuk melakukan operasi logis. Relay dengan karakteristik operasi dikalibrasi dan operasi beberapa kumparan kadang-kadang digunakan untuk melindungi sirkuit listrik dari kelebihan beban atau kesalahan, dalam sistem tenaga listrik modern fungsi-fungsi ini dilakukan oleh instrumen digital masih disebut relay pelindung (Bapuks, 2008).

1. Prinsip Kerja

Relayterdiri dari coil dan contact. Coil adalah gulungan kawatyang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature (angker dinamo) yang berpegas, dan contact akan menutup.

2. Relay sebagai pengendali

Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut ladder diagram atau relay ladder logic.

Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen. 1. Input sebagai pemberi informasi

27

3. Output sebagai usaha yang dilakukan

Output usaha dapat berupa penggunaan alat yang akan digunakan.

Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen – komponen lain yang membentuk suatu sistem kendali di industri, di antaranya : switch, timer, counter,

sequencer, dan masih banyak lainnya. Semuanya adalah komponen – komponen dalam bentuk hardware.

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian tugas akhir ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar dan Laboratorium Pemodelan Jurusan Fisika Universitas Lampung. Penelitian dimulai pada bulan Januari 2012 dan berakhir pada bulan Juni 2012.

B. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan untuk penelitian ini diantaranya.

1. Project board (papan uji) berfungsi sebagai tempat menguji rangkaian. 2. Multimeter berfungsi sebagai pembaca nilai tegangan listrik, arus listrik

dan hambatan listrik.

3. Kotak simulasi kandang ayam yang berfungsi untuk menempatkan sensor, kipas dan sebagai ruang uji gas yang akan diamati.

4. Power Supply berfungsi sebagai sumber tegangan.

Bahan yang digunakan dalam penelitian.

1. Gas amonia yang berasal dari feses ayam atau sampel cairan amonia. 2. Printed Circuit Board (PCB) berfungsi sebagai tempat meletakkan

komponen alat elektronika yang akan dirangkai.

29

4. Komponen-komponen elektronika seperti resistor, kapasitor dan transistor.

C. Tahap-tahap Dalam Perancangan Tugas Akhir

Dalam perancangan alat pengontrol emisi gas amonia ini dilakukan langkah- langkah kerja perancangan sebagai berikut.

1. Diagram Alir Penelitian.

Langkah-langkah penyelesaian penelitian ini secara umum dilakukan seperti dijelaskan dalam diagram alir Gambar 3.1.

2. Studi literatur.

Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi (buku dan internet) yang berkaitan dengan pembuatan alat. Literatur yang dipelajari adalah literatur yang berkaitan.

 Prinsip kerja alat pengontrol emisi gas amonia yang didapat dari pembelajaran sendiri.

 Data sheet sensor MQ 137 yang digunakan.  Cara kerja rangkaian dari alat yang dibuat.

D. Perancangan Sistem

Bab ini membahas perancangan bagian elektronik pada sistem pengontrol emisi gas amonia. Sistem pengontrol ini terdiri dari bagian elektris dan kendali. Bagian elektris berupa sensor MQ 137 yang dirangkai dengan mikrokontroler dan catu daya sedangkan rangkaian kendali berupa rangkaian driver dan kipas/blower. Sistem pengontrol ini terdiri dari perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Diagram blok sistem akuisisi data diperlihatkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Blok sistem pengukuran konsentrasi gas amonia. Sensor MQ

137

Mikrokontroler ATMega 8535

Display (LCD)

Kipas/Blower

Relay Keadaan

31

1. Perancangan Sistem Pengendalian Emisi Gas Amonia

a. Rangkaian Catu Daya

Pada rangkaian ini menggunakan sebuah catu daya yang digunakan untuk mencatu semua rangkaian. Rangkaian catu daya ini menggunakan IC LM 7812 dan LM 7805 yang berfungsi sebagai regulator atau penstabil tegangan dengan kapasitas arus maksimal 500 mA. Sehingga keluaran tegangan dari catu daya ini sebesar 12 Vdc dan 5 Vdc. Dimana tegangan 5 V ini digunakan untuk mencatu mikrokontroler, rangkaian LCD. Sedangkan tegangan 12 V digunakan untuk mencatu rangkaian relay dan kipas.

Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya

b. Sensor MQ 137

Sensor MQ 137 adalah piranti yang mengubah besaran fisik menjadi besaran fisik lain, dalam hal ini adalah perubahan kimia sensor menjadi besaran listrik. Pada Gambar 3.4 merupakan skematik dari rangkaian sensor MQ 137.

Gambar 3.4 Skematik rangkaian sensor MQ 137.

Tahap ini bertujuan mengetahui sensitivitas sensor dengan mengetahui nilai Vout sensor dalam dua kondisi. Kondisi saat udara yang diukur belum tercemar polutan dan kondisi kedua, yaitu sensor dengan udara sudah tercemar.

c. Rangkaian Minimum ATMega8535

Mikrokontroler ATMega8535 adalah piranti yang digunakan sebagai kontrol pada penelitian ini, adapun rangkaian minimum dari mikrokontroler ATMega8535 dapat dilihat pada Gambar 3.5.

33

d. Rangkaian Relay

Rangkaian relay ini berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan atau mematikan peralatan elektronik (dalam hal ini kipas). Pada rangkaian di bawah, untuk menghubungkan rangkaian dengan catu daya 12 VDC digunakan relay. Relay pada rangkaian ini akan akan aktif berdasarkan kondisi transistor NPN (2SC945) yang dikendalikan oleh mikrokontroler.

Gambar 3.6 Skema rangkaian kipas.

Saat kaki basis transistor mendapatkan inputan berlogika high (1) maka kipas akan mendapatkan sumber tergangan sehingga kipas akan berputar Sedangkan kaki basis transistor mendapatkan inputan low (0) dari mikrokontroler maka kipas akan berhenti berputar.

e. Rangkaian LCD M1632

Display LCD dipilih karena tidak membebani CPU atau prosesor lain seperti yang dibutuhkan display seven segment. Semua hal mengenai tampilan karakter sudah dikerjakan oleh prosesor internal pada modul

LCD. Ada dua macam cara pengiriman atau penerimaan data ke LCD. Pertama dengan antarmuka 8 bit (8 bit interface), artinya data dikirim atau diterima sekaligus 8 bit ke LCD. Untuk cara ini perlu 8+3 pin I/O yaitu 11 pin. Ada 3 pin tambahan yaitu untuk bit RS, R/W, dan EN.

Cara kedua dengan antarmuka 4 bit (4 bit interface), pada cara ini data dikirim/diterima 2 kali masing-masing 4 bit. Untuk cara ini perlu 4+3 pin I/O yaitu 7 pin proses kirim data dan perintah dua kali lebih lama daripada

8 bit interface. Pada penelitian ini digunakan mikrokontroller ATMega8535. Rangkaian mikrokontroler dengan LCD diperlihatkan pada Gambar 3.7.

35

f. Rangkaian keseluruhan

Mikrokontroler ATMEGA8535 merupakan mikrokontroler yang memiliki empat port yaitu port A, B, C dan D. Pada rangkaian keseluruhan ini rangkaian sensor terletak di Port A, rangkaian LCD terletak di Port D, dan rangkaian untuk kendali kipas/blower terletak di Port B. Di bawah ini merupakan gambar rangkaian keseluruhan alat pengontrol emisi gas amonia.

Gambar 3.8 Rangkaian keseluruhan alat pengontrol emisi gas amonia

2. Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak yang akan dilakukan pada penelitian ini meliputi perancangan perangkat lunak pada mikrokontroler ke LCD 16x2 dan rangkaian kipas. Perangkat lunak mikrokontroler berisi deretan instruksi yang akan dieksekusi oleh mikrokontroler untuk kendali ADC, LCD M1632 dan

PA0

rangkaian kipas. Perangkat lunak penelitian ini dibuat dengan menggunakan bahasa BASCOM dan kompiler AvrOsp II. Diagram alir rutin program dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Diagram alir rutin program pada mikrokontroler.

Ada beberapa tugas (task) yang dikerjakan oleh mikrokontroler pada penelitin ini. Pertama, mengendalikan sinyal input dari ADC. Kedua, mengubah sinyal ADC. Ketiga, inisialisasi LCD dan ketempat, update display LCD. Task update berfungsi menentukan kapan update display LCD dilakukan. Bila

Driver Kipas >5ppm Mulai

Inisialisasi Port A

Baca Data ADC

Simpan Data pada RAM internal Mikrokontroler

Pengiriman Data dari RAM internal

LCD M1632

37

interupsi timer-0 overflow terjadi 10 kali maka mikrokontroler memeriksa apakah ada perhitungan baru, bila ada maka hasil perhitungan akan ditampilkan pada display LCD. Pengecekan ‘data baru’ penting karena task

update LCD memerlukan waktu sekitar 3 ms untuk menulis karakter-karakter pada LCD, bila data tidak berubah maka tampilannya di LCD tidak perlu diubah. Berikut flowchart task interupsi timer-0.

Gambar 3.10 Task update LCD.

Sebelum menggunakan sebuah modul LCD harus dilakukan inisialisasi terlebih dahulu untuk menentukan panjang data, jumlah baris LCD yang aktif dan bentuk font. Flowchart pada Gambar 3.10 menunjukkan proses yang selalu terjadi saat inisialisasi modul LCD dilakukan sebelum masuk ke bagian

Mulai

Inc temp A

Update LCD Clear temp A

Temp A=10

Data display

pengaturan mode. Sistem harus menunggu selama 15 ms atau lebih setelah catu daya mencapai tegangan 4,5 volt.

3. Metode Kalibrasi Alat Ukur Kadar Amonia

Pada alat pengontrol emisi gas amonia terdapat dua sistem kerja yaitu alat ukur kadar amonia dan alat pengontrol emisi gas amonia. Pada alat ukur kadar amonia diperlukan kalibrasi untuk mengetahui keakuratan sensor untuk membaca kadar emisi amonia di udara. Cara pengkalibrasian alat ukur kadar amonia dengan cara mengukur kadar amonia menggunakan alat yang sudah baku atau spektrometer. Spektrometer merupakan alat optik untuk menghasilkan garis spektrum cahaya dan mengukur panjang gelombang serta intensitasnya. Pertama membuat amonia dengan konsentrasi yang diperlukan untuk pengukuran menggunakan spektrometer dengan besar konsentrasi seperti pada tabel.

Tabel 3.1 Pengukuran kadar amonia menggunakan spektrometer. No Akuades (ml) Amonia (ml) Kadar amonia ( ppm )

1 100 0

2 95 5

3 90 10

4 85 15

5 80 20

6 75 25

7 70 30

8 65 35

9 60 40

10 55 45

11 50 50

39

Kemudian mengukur amonia yang telah diketahui kadarnya menggunakan spektrometer tadi dengan alat ukur amonia yang akan dibuat seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.2 Tegangan dari kadar amonia yang telah diketahui kadarnya.

No Konsentrasi Amonia ( ml ) Tegangan ( Volt )

1 5

2 10

3 15

4 20

5 25

6 30

7 35

8 40

9 45

10 50

Alat ukur kadar amonia bekerja jika lempengan semikonduktor pada sensor terkena gas amonia maka elektron akan bergerak kemudian mengalir arus dan mempengaruhi tegangan pada sensor tersebut. Keluaran dari sensor gas amonia MQ 137 merupakan tegangan, sehingga diketahui pada tegangan tertentu menentukan kadar amonia tertentu. Setelah diketahui masing-masing kadar amonia dan tegangannya kemudian dimasukkan ke dalam excel sehingga dapat diketahui persamaan grafik dari data tegangan serta kadar amonianya. Jika setelah diketahui persamaannya maka persamaan tersebut dimasukan ke dalam bahasa pemrograman dimana menggunakan bahasa pemrograman bahasa C untuk menampilkannya dalam bentuk Part Per Million (PPM) di dalam LCD.

4. Pengujian Fungsi Alat Ukur.

Percobaan alat terdiri atas tiga bagian yaitu percobaan untuk menguji alat ukur, percobaan untuk menguji sistem akuisisi data dan percobaan menguji perangkat lunak.

a. Pada percobaan untuk menguji alat ukur, digunakan rumah sensor (casing) yang berbentuk kotak. Posisi pemasangan sensor diperlihatkan pada Gambar 3.11 berikut.

Gambar 3.11 Posisi pemasangan sensor

b. Pengujian sistem akuisisi data, pengujian ini berguna untuk mengetahui apakah rangkaian sistem ini bekerja dengan baik atau tidak.

c. Pengujian perangkat lunak apakah sudah sesuai dengan apa yang diharapkan.

Rangkaian ini diawali dengan proses adaptasi sensor terhadap udara luar dengan menghidupkan peralatan terlebih dahulu sekitar 3 hingga 5 menit. Hal ini dilakukan untuk membuat sensor bekerja dengan kepekaan normal. Pada waktu ini, sistem heater sensor bekerja membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar.

Sensor MQ 137

kipas

Lubang masuk gas

Kotak kontrol dan tampilan

41

Selanjutnya, gas amonia dimasukkan ke dalam rumah sensor yang tertutup rapat. Percobaan ini dilakukan dengan melakukan penambahkan setiap 5 ppm ke dalam rumah sensor. Yang diharapkan dari pengujian ini adalah nilai resistansi keluaran sensor dan konsentrasi alat yang standar. Hasil pengukuran akan diperlihatkan pada Tabel 3.2.

Tabel 3.3 Hasil pengujian sensor untuk udara tanpa gas pencemar. No. Tegangan ( Volt ) Konsentrasi Gas(ppm)

1 2 3 4

Tabel 3.4 Hasil pengujian alat yang dibuat untuk udara dengan gas pencemar (NH3).

No. Tegangan ( Volt ) Konsentrasi Gas NH3(ppm) 1

2 3 4

E. Jadwal Kegiatan

Waktu yang dibutuhkan untuk pembuatan alat pengontrol emisi gas amonia ini diperkirakan selama 4 (empat) bulan. Adapun jadwal rencana kegiatan pembuatan alat pengontrol emisi gas amonia ini dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 3.5 Jadwal rencana kegiatan

No

. Kegiatan

Bulan I Bulan II Bulan III Bulan IV 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 _{Studi literatur} 2 _{Perancangan alat}

3 _{Pembuatan alat} 4 _{Pengujian alat} 5 _{Pengambilan Data}

6 Analisa dan Pembuatan

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dibuat sebuah alat pengontrol emisi gas amonia (NH3) di peternakan ayam berbasis mikrokontroler ATMEGA 8535 menggunakan sensor gas MQ 137. Dari hasil pengujian yang dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Pembacaan kadar amonia (NH3) dilakukan dalam selang waktu 30 detik dan kelipatannya, tujuannya untuk mengetahui sensitifitas alat ukur kadar amonia.

2. Jangkauan pengukuran kadar amonia (NH3) oleh alat ukur adalah antara 0,1 ppm sampai 58,7 ppm.

3. Hasil pengukuran alat yang telah dibuat sudah mendekati nilai pengukuran menggunakan alat spektrometer seperti pada tabel 4.12.

4. Grafik pengukuran pada masing-masing sampel menggunakan persamaan polinomial.

5. Kipas akan berputar ketika sensor membaca kadar amonia (NH3) sebesar 5 ppm dan kipas tidak berputar atau berhenti berputar ketika sensor membaca kadar amonia (NH3) dibawah 5 ppm.

6. Pada populasi ayam 1500, 2000, dan 3000 ekor ayam kadar amonia dalam kandang yaitu 2,3 ppm, 2,7 ppm, dan 3,3 ppm dan tidak berbahaya bagi ternak dan peternak karena masih di bawah 5 ppm.

B. Saran

Untuk pengembangan dan peningkatan alat pengontrol emisi gas amonia (NH3) sebaiknya jangan hanya simulasi tetapi direalisasikan dan langsung diujicobakan pada peternakan ayam. Alat ukur yang dibuat masih menggunakan sumber tegangan yang berasal dari PLN sehingga hanya bisa digunakan di dalam kandang ayam, untuk dapat digunakan di luar kandang sebaiknya menggunakan sumber tegangan selain PLN misalnya baterai. Kontrol yang dibuat hanya dapat digunakan didalam ruangan saja atau di dalam kandang saja sehingga tidak dapat mengontrol di luar kandang.

Kemudian mengukur amonia yang telah diketahui kadarnya menggunakan spektrometer tadi dengan alat ukur amonia yang akan dibuat seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.2 Tegangan dari kadar amonia yang telah diketahui kadarnya. No Konsentrasi Amonia ( ml ) Tegangan ( Volt )

1 5

2 10

3 15

4 20

5 25

6 30

7 35

8 40

9 45

10 50

Alat ukur kadar amonia bekerja jika lempengan semikonduktor pada sensor terkena gas amonia maka elektron akan bergerak kemudian mengalir arus dan mempengaruhi tegangan pada sensor tersebut. Keluaran dari sensor gas amonia MQ 137 merupakan tegangan, sehingga diketahui pada tegangan tertentu menentukan kadar amonia tertentu. Setelah diketahui masing-masing kadar amonia dan tegangannya kemudian dimasukkan ke dalam excel sehingga dapat diketahui persamaan grafik dari data tegangan serta kadar amonianya. Jika setelah diketahui persamaannya maka persamaan tersebut dimasukan ke dalam bahasa pemrograman dimana menggunakan bahasa pemrograman bahasa C untuk menampilkannya dalam bentuk Part Per Million (PPM) di dalam LCD.

40

4. Pengujian Fungsi Alat Ukur.

Percobaan alat terdiri atas tiga bagian yaitu percobaan untuk menguji alat ukur, percobaan untuk menguji sistem akuisisi data dan percobaan menguji perangkat lunak.

a. Pada percobaan untuk menguji alat ukur, digunakan rumah sensor (casing) yang berbentuk kotak. Posisi pemasangan sensor diperlihatkan pada Gambar 3.11 berikut.

Gambar 3.11 Posisi pemasangan sensor

b. Pengujian sistem akuisisi data, pengujian ini berguna untuk mengetahui apakah rangkaian sistem ini bekerja dengan baik atau tidak.

c. Pengujian perangkat lunak apakah sudah sesuai dengan apa yang diharapkan. Rangkaian ini diawali dengan proses adaptasi sensor terhadap udara luar dengan menghidupkan peralatan terlebih dahulu sekitar 3 hingga 5 menit. Hal ini dilakukan untuk membuat sensor bekerja dengan kepekaan normal. Pada waktu ini, sistem heater sensor bekerja membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar.

Sensor MQ 137

kipas

Lubang masuk gas

Kotak kontrol dan tampilan

Selanjutnya, gas amonia dimasukkan ke dalam rumah sensor yang tertutup rapat. Percobaan ini dilakukan dengan melakukan penambahkan setiap 5 ppm ke dalam rumah sensor. Yang diharapkan dari pengujian ini adalah nilai resistansi keluaran sensor dan konsentrasi alat yang standar. Hasil pengukuran akan diperlihatkan pada Tabel 3.2.

Tabel 3.3 Hasil pengujian sensor untuk udara tanpa gas pencemar. No. Tegangan ( Volt ) Konsentrasi Gas(ppm)

1 2 3 4

Tabel 3.4 Hasil pengujian alat yang dibuat untuk udara dengan gas pencemar (NH3).

No. Tegangan ( Volt ) Konsentrasi Gas NH3(ppm) 1

2 3 4

E. Jadwal Kegiatan

Waktu yang dibutuhkan untuk pembuatan alat pengontrol emisi gas amonia ini diperkirakan selama 4 (empat) bulan. Adapun jadwal rencana kegiatan pembuatan alat pengontrol emisi gas amonia ini dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

42

Tabel 3.5 Jadwal rencana kegiatan No

. Kegiatan

Bulan I Bulan II Bulan III Bulan IV 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 _{Studi literatur} 2 _{Perancangan alat}

3 _{Pembuatan alat}

4 _{Pengujian alat}

5 _{Pengambilan Data}

6 Analisa dan Pembuatan

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dibuat sebuah alat pengontrol emisi gas amonia (NH3) di peternakan ayam berbasis mikrokontroler ATMEGA 8535 menggunakan sensor gas MQ 137. Dari hasil pengujian yang dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Pembacaan kadar amonia (NH3) dilakukan dalam selang waktu 30 detik dan kelipatannya, tujuannya untuk mengetahui sensitifitas alat ukur kadar amonia.

2. Jangkauan pengukuran kadar amonia (NH3) oleh alat ukur adalah antara 0,1 ppm sampai 58,7 ppm.

3. Hasil pengukuran alat yang telah dibuat sudah mendekati nilai pengukuran menggunakan alat spektrometer seperti pada tabel 4.12.

4. Grafik pengukuran pada masing-masing sampel menggunakan persamaan polinomial.

5. Kipas akan berputar ketika sensor membaca kadar amonia (NH3) sebesar 5 ppm dan kipas tidak berputar atau berhenti berputar ketika sensor membaca kadar amonia (NH3) dibawah 5 ppm.

75

6. Pada populasi ayam 1500, 2000, dan 3000 ekor ayam kadar amonia dalam kandang yaitu 2,3 ppm, 2,7 ppm, dan 3,3 ppm dan tidak berbahaya bagi ternak dan peternak karena masih di bawah 5 ppm.

B. Saran

Untuk pengembangan dan peningkatan alat pengontrol emisi gas amonia (NH3) sebaiknya jangan hanya simulasi tetapi direalisasikan dan langsung diujicobakan pada peternakan ayam. Alat ukur yang dibuat masih menggunakan sumber tegangan yang berasal dari PLN sehingga hanya bisa digunakan di dalam kandang ayam, untuk dapat digunakan di luar kandang sebaiknya menggunakan sumber tegangan selain PLN misalnya baterai. Kontrol yang dibuat hanya dapat digunakan didalam ruangan saja atau di dalam kandang saja sehingga tidak dapat mengontrol di luar kandang.